高层建筑厚板转换层设计实例
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目前作为转换层结构形式，在８。区厚板转换层不直位于地面以上“１。因厚板本身质 量很大，参与振动后振型比较复杂，较难准确分析：另外，厚板本身的大质量，在振动过 程中势必对其下部结构造成很大的不利影响。
本工程转换板在地下一层底板，上述困难基本可以克服。上部结构通过转换扳将荷载 传至其下部结构，而转换板本身不参与振动。
１０６９．４５ｋＮｍ／ｍ，２．２
方法的计算结果为 １２５５ｌｋＮｍ／ｍ，均 远大于２．３的结果。
ｃ）竖向荷载＋Ｙ正向地震作用 圈６典型的截面弯矩
一５９７—
第十七届全国高层建筑结构学术会议论文 ２００２年
３结束语
转换厚扳的传统计算方法既未考虑上部结构与转换板的整体协同工作，也来考虑转换 板下部支撑变形的影响，与实际受力状况存在较大误差，因此所得转换板的弯矩比实际大 很多，以此为依据的转换板设计必然不经济。
１工程概况
本工程为中国科学院北郊北生活区住宅项目（风林绿洲）第三期工程，位于北京市朝 Ｒ｛区北沙滩。工程依使用功能可划分为主楼和地下车库两部分，其中主楼地上十一层、地 ｒ一层，通过转换层支撑于地下车库顶板上；车库为地下两层。转换板处结构平面布置见
图１。
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２．３方法计算所得转换板某典型截面（位置见图２）竖向荷载工况下的变形见图５，在 三种不同一】：况下该截面的弯矩如图６所示。
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豳５转换板的变形圈
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第卜七届全国高层建筑结构学术会议论文 ２００２年
本ｌ：程地Ｆ室 一侧外墙与地上部 分的外墙错位，导 致转换板在地上结 构与地下结构错位 处（位于转换板的 边跨跨中）产生较 大的应力集中，即 使在竖向荷载ｒ况 下该处的应力集中 也相当显著，弯矩 比包含所有支座点 在内的其他点大得 多（见圈６），变形 也比其他跨中点大
布置旅馆、住宅；中部楼层作为办公用房；下部楼层作商场、餐饮和文化娱乐场所已经成为一种趋势。为了实现这些不同的用途，设计人员在设计时在不同的楼层需要采用不同的结构形式，这种结构布置，就必须在结构形式发生转变的楼层设置水平转换构件，即转换层结构。带有转换层结构的高层建筑已成为现代高层建筑发展的一大趋势，尤其是在现代城市
第十七届全国高层建筑结构学术会议论文 ２００２年
高层建筑厚板转换层设计实例
刘彦生１郑茹１张崇厚２潘安平１沈敏霞
清华大学建筑设计研究院．北京１０００８４ ２清华大学上术工程系，北京１０００８４
提要 关键词
本文以北京某高层住宅为例，介绍丁转换厚板的分析方法，以有限元计算为＿Ｔ具，重点探讨ｒ Ｉ：部结构和下部支撑对转换厚板受力和变形的影响。 厚板转换，有限元计算，上部结构，下部支撑
参考文献
［１］ 中华人民共和国国家标准，建筑抗震设计规范（ＧＢＳ００１１—２００１） ［２： 王明贵，赵宁，考虑弹性支撑的厚板转换层实用计算方法，第十六届全国高层建筑结构学术交流会
论文集，２０００：２７５．２８０
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高层建筑厚板转换层设计实例
作者： 作者单位：
刘彦生， 郑茹， 张崇厚， 潘安平， 沈敏霞 刘彦生,郑茹,潘安平,沈敏霞(清华大学建筑设计研究院(北京))， 张崇厚(清华大学土木工程系(北京))
该软件是中国建筑科学研究院结构所高层室开发的。 该方法将上部结构的接体计算结果，包括各墙肢及各竖向构件的内力作为荷载作用于 厚板上，厚板本身采用厚板单元有限元方法分析。厚板的支撑为刚性杆，不参与变形分析。 因厚板的分析采用了有限元方法，较之手算或交叉梁系计算模型的结果误差较小：但该软 件不能考虑上部结构与转换板的整体作用，且板的支撑柱墙的刚性假定与实际情况有出 入，因而在柱墙附近板的计算结果误差较大口］。同样该方法对弯矩的计算是偏大的。 ２．３考虑上部结构和下部支撑影响的有限元方法 计算软件采用通用有限元分析程序Ａｌｇｏｒ（Ｒ）。上部结构以墙单元方式，厚板以块体单 元方式，厚板的支撑同样被分为不同的块体单元。这样，既考虑到上部结构与转换板的整 体工作，板的Ｆ部支撑也参与了变形计算。 本工程转换板上部结构共有十二层，板下部支撑共两层。考虑计算机容量和计算速度等冈 素，计算时不可能也没必要将所有上部结构及下部支撑都输入几何模型。此处采用的有限 元模型仅包括转换板及其紧邻的上面三层结构和下面一层的柱墙。模型的几何尺寸均按照 实际工程的构件尺寸建立，构件的位置和实际工程相符。为了简化模型，门洞上部的连粱 没有输入模型，这样并不影响转换板的计算精度。转换板下部支撑的底部节点均被约束， 其各方向的自由度都受到限制。 转换板及其下部支撑的柱墙均采用空间块状单元，转换板单元的划分详见图２。划分 单元的原则是保证上下层的柱墙等构件的空间位置与实际相符，同时细分柱子的局部条带 以保证柱子内力和变形的准确性。
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图３典型的正应力分布
图４典型的剪应力分布
转换板的剪应力包括两个分量ｏ，：和ｏ。沿板厚方向（ｚ向）典型的分布如图４所示 （单位Ｎ／ｍ２），并不是完全的抛物线分布，且由于程序自身数值处理的原因，上下表面仍 存在一定的非零分量。最大剪应力位于板厚度的中央，计算转换板的剪力时把板截面中央 的最大剪应力作为该截面沿板厚方向的平均剪应力，这样处理的结果比较保守和安全，比 按实际的抛物线分布计算的结果增大了约１．５倍。计算所得剪应力的最大值及剪应力变化 最大的部分集中在几个截面，找到这些截面中央的虽火剪应力值，即可计算出相应截面的 剪力。 ２．４计算结果比较
用地紧张的情况下。
由于转换层结构在高层建筑中的出现，使得高层建筑中的一些构件的受力更加复杂，传力更加不明晰。尤其是当上、下柱网轴线错开较多，难以用梁直接承托时，则需要做成厚板，形成板式转换层。板式转换层的下层柱网可以灵活布置，不需要与上层结构对齐。然而，板式转换层在给上部结构布置带来方便的同时，也使板的传力变
3.会议论文 黎帜光.黄彤斌 厚板转换层结构的分析与设计方法研究 2004
目前在广州厚板转换层结构的应用日益广泛,但对其内力分布规律尚无系统的分析研究.本文结合广州一座正在建设中的建筑群-金桂园三期工程,对此大底盘带厚板转换层的结构进行了有限元计算分析,基本上弄清了厚板转换层在竖向静力荷载和地震荷载作用下的内力分布和传力规律,并在比基础上完成了此工程的结构设计.同时根据有限元计算分析的结果 ,提出了厚板转换层结构的设计建议,供有关结构设计参考.
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圈１ 转换板处结构平面图
本工程主楼采用剪力墙结构，通过转换板作用于地下．男．１９６５ １０出生，硕士．高级工程师
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第十七届全国高层建筑结构学术会议论文 ２００２年
车库采用框支——剪力墙结构，框支柱９００×１０００ｍｍ２，框支转换墙厚６００ｍｍ。
的影响进行现场检测和理论分析，说明非线性分析较一般常用的线性分析方法更为接近结构的实际受力情况，以期对转换厚板的研究提供参考和指导。
结合武汉新世界中心住宅楼工程，本文运用大型有限元软件ANSYS中的SOLID65单元，对转换厚板进行了线性和非线性有限元分析。通过把两种分析的结果与现场检测结果进行比较，我们发现非线性的分析
（见图５）。此应力 集中部位的弯矩在 竖向荷载］：况下为 ４３０．０５ｋＮｍ／ｍ，在竖 向荷载＋Ｙ负向地震 作用Ｆ为最不利的 ５２０．６６ｋＮｍ／ｍ． 在 竖向荷载＋Ｙ正向地 震作用下虽减小为 ３１７．７５ｋＮｍ／ｍ，但 也比其他点大。
２．１、２．２方法 的最大弯矩均发生 在支座处，在前述
２．３方法给出的转换 板的同一部位，２．１ 方法的计算结果为
结果更符合实际受力情况，尤其是在应力大于混凝土平均强度的10﹪以后。
2.学位论文 黄彤斌 带厚板转换层多塔楼高层结构动力分析与试验研究 1996
该论文是针对带厚板转换层的大底盘多塔楼高层建筑结构展开的,结合对广州的一座正在建设中的超高层建筑-天秀大厦原结构方案的设计复核和天秀大厦整体结构有机玻璃模型的振动台试验工作,利用SAP84程序对带厚板转换层的大底盘多塔楼结构进行了整体有限元计算分析,并在此基础上作了天秀大厦有机玻璃模型的振动台试验研究,基本弄清了带厚板转 换层的多塔楼结构的总体动力特征,同时探讨了带厚板转换层的多塔楼结构的整体计算分析方法.最后根据SAP84和动力时程分析程序MTS对带厚板转换层的大底盘多塔楼结构进行的整体有限元计算分析结果,以及天秀大厦有机玻璃模型的振动台试验,提出了大底盘多塔楼结构的有关设计建议,可供今后结构设计参考.
２转换板分析方法介绍
转换板上部结构为十二层的剪力墒结构，刚度很大，与转换板形成一个刚度更大的整 体，转换板则是这个整体结构的底板。由此可初步判断转换板的弯矩不会很大。
本工程对转换板的分析按以下几种方法进行。 ２．１简化手算方法
假定上部结构荷载全部传至转换板，转换板按无梁楼盖计算。此方法不能考虑上部结 构与转换板的整体协同工作，与实际受力状况存在较大误差，计算结果弯矩值偏大，偏于 安全，常用于方案设计阶段的估算，也可用于对其他方法计算结果的定性校核。 ２．２厚板ＴＢＰＬＡＮ分析计算
得不清楚。因而受力也更加复杂，结构计算相对困难，采用有限元计算时，计算结构繁杂，这给配筋设计带来不便。而且从受力方面考虑，往往需要在柱与柱，柱与墙之间配筋加强，相当于设置暗梁，增加了配筋量。所以，对高层建筑转换层尤其是厚板转换层的研究也逐渐显示出了其必要性和迫切性。本文主要是针对混凝土材料的非线性对转换厚板力学性能
计算分为５种工况：竖向荷载，竖向荷载十ｘ正向地震作用，竖向荷载＋ｘ负向地震作 用，竖向荷载＋Ｙ正向地震作用，竖向荷载十Ｙ负向地震作用。
本工程转换板在地下一层底板，上述困难基本可以克服。上部结构通过转换扳将荷载 传至其下部结构，而转换板本身不参与振动。
１０６９．４５ｋＮｍ／ｍ，２．２
方法的计算结果为 １２５５ｌｋＮｍ／ｍ，均 远大于２．３的结果。
ｃ）竖向荷载＋Ｙ正向地震作用 圈６典型的截面弯矩
一５９７—
第十七届全国高层建筑结构学术会议论文 ２００２年
３结束语
转换厚扳的传统计算方法既未考虑上部结构与转换板的整体协同工作，也来考虑转换 板下部支撑变形的影响，与实际受力状况存在较大误差，因此所得转换板的弯矩比实际大 很多，以此为依据的转换板设计必然不经济。
１工程概况
本工程为中国科学院北郊北生活区住宅项目（风林绿洲）第三期工程，位于北京市朝 Ｒ｛区北沙滩。工程依使用功能可划分为主楼和地下车库两部分，其中主楼地上十一层、地 ｒ一层，通过转换层支撑于地下车库顶板上；车库为地下两层。转换板处结构平面布置见
图１。
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２．３方法计算所得转换板某典型截面（位置见图２）竖向荷载工况下的变形见图５，在 三种不同一】：况下该截面的弯矩如图６所示。
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豳５转换板的变形圈
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第卜七届全国高层建筑结构学术会议论文 ２００２年
本ｌ：程地Ｆ室 一侧外墙与地上部 分的外墙错位，导 致转换板在地上结 构与地下结构错位 处（位于转换板的 边跨跨中）产生较 大的应力集中，即 使在竖向荷载ｒ况 下该处的应力集中 也相当显著，弯矩 比包含所有支座点 在内的其他点大得 多（见圈６），变形 也比其他跨中点大
布置旅馆、住宅；中部楼层作为办公用房；下部楼层作商场、餐饮和文化娱乐场所已经成为一种趋势。为了实现这些不同的用途，设计人员在设计时在不同的楼层需要采用不同的结构形式，这种结构布置，就必须在结构形式发生转变的楼层设置水平转换构件，即转换层结构。带有转换层结构的高层建筑已成为现代高层建筑发展的一大趋势，尤其是在现代城市
第十七届全国高层建筑结构学术会议论文 ２００２年
高层建筑厚板转换层设计实例
刘彦生１郑茹１张崇厚２潘安平１沈敏霞
清华大学建筑设计研究院．北京１０００８４ ２清华大学上术工程系，北京１０００８４
提要 关键词
本文以北京某高层住宅为例，介绍丁转换厚板的分析方法，以有限元计算为＿Ｔ具，重点探讨ｒ Ｉ：部结构和下部支撑对转换厚板受力和变形的影响。 厚板转换，有限元计算，上部结构，下部支撑
参考文献
［１］ 中华人民共和国国家标准，建筑抗震设计规范（ＧＢＳ００１１—２００１） ［２： 王明贵，赵宁，考虑弹性支撑的厚板转换层实用计算方法，第十六届全国高层建筑结构学术交流会
论文集，２０００：２７５．２８０
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高层建筑厚板转换层设计实例
作者： 作者单位：
刘彦生， 郑茹， 张崇厚， 潘安平， 沈敏霞 刘彦生,郑茹,潘安平,沈敏霞(清华大学建筑设计研究院(北京))， 张崇厚(清华大学土木工程系(北京))
该软件是中国建筑科学研究院结构所高层室开发的。 该方法将上部结构的接体计算结果，包括各墙肢及各竖向构件的内力作为荷载作用于 厚板上，厚板本身采用厚板单元有限元方法分析。厚板的支撑为刚性杆，不参与变形分析。 因厚板的分析采用了有限元方法，较之手算或交叉梁系计算模型的结果误差较小：但该软 件不能考虑上部结构与转换板的整体作用，且板的支撑柱墙的刚性假定与实际情况有出 入，因而在柱墙附近板的计算结果误差较大口］。同样该方法对弯矩的计算是偏大的。 ２．３考虑上部结构和下部支撑影响的有限元方法 计算软件采用通用有限元分析程序Ａｌｇｏｒ（Ｒ）。上部结构以墙单元方式，厚板以块体单 元方式，厚板的支撑同样被分为不同的块体单元。这样，既考虑到上部结构与转换板的整 体工作，板的Ｆ部支撑也参与了变形计算。 本工程转换板上部结构共有十二层，板下部支撑共两层。考虑计算机容量和计算速度等冈 素，计算时不可能也没必要将所有上部结构及下部支撑都输入几何模型。此处采用的有限 元模型仅包括转换板及其紧邻的上面三层结构和下面一层的柱墙。模型的几何尺寸均按照 实际工程的构件尺寸建立，构件的位置和实际工程相符。为了简化模型，门洞上部的连粱 没有输入模型，这样并不影响转换板的计算精度。转换板下部支撑的底部节点均被约束， 其各方向的自由度都受到限制。 转换板及其下部支撑的柱墙均采用空间块状单元，转换板单元的划分详见图２。划分 单元的原则是保证上下层的柱墙等构件的空间位置与实际相符，同时细分柱子的局部条带 以保证柱子内力和变形的准确性。
一５９５—
篁±主旦全里壹星垄望堕塑堂查叁堡堡壅！！竺兰——
图３典型的正应力分布
图４典型的剪应力分布
转换板的剪应力包括两个分量ｏ，：和ｏ。沿板厚方向（ｚ向）典型的分布如图４所示 （单位Ｎ／ｍ２），并不是完全的抛物线分布，且由于程序自身数值处理的原因，上下表面仍 存在一定的非零分量。最大剪应力位于板厚度的中央，计算转换板的剪力时把板截面中央 的最大剪应力作为该截面沿板厚方向的平均剪应力，这样处理的结果比较保守和安全，比 按实际的抛物线分布计算的结果增大了约１．５倍。计算所得剪应力的最大值及剪应力变化 最大的部分集中在几个截面，找到这些截面中央的虽火剪应力值，即可计算出相应截面的 剪力。 ２．４计算结果比较
用地紧张的情况下。
由于转换层结构在高层建筑中的出现，使得高层建筑中的一些构件的受力更加复杂，传力更加不明晰。尤其是当上、下柱网轴线错开较多，难以用梁直接承托时，则需要做成厚板，形成板式转换层。板式转换层的下层柱网可以灵活布置，不需要与上层结构对齐。然而，板式转换层在给上部结构布置带来方便的同时，也使板的传力变
3.会议论文 黎帜光.黄彤斌 厚板转换层结构的分析与设计方法研究 2004
目前在广州厚板转换层结构的应用日益广泛,但对其内力分布规律尚无系统的分析研究.本文结合广州一座正在建设中的建筑群-金桂园三期工程,对此大底盘带厚板转换层的结构进行了有限元计算分析,基本上弄清了厚板转换层在竖向静力荷载和地震荷载作用下的内力分布和传力规律,并在比基础上完成了此工程的结构设计.同时根据有限元计算分析的结果 ,提出了厚板转换层结构的设计建议,供有关结构设计参考.
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本工程主楼采用剪力墙结构，通过转换板作用于地下．男．１９６５ １０出生，硕士．高级工程师
一５９３—
第十七届全国高层建筑结构学术会议论文 ２００２年
车库采用框支——剪力墙结构，框支柱９００×１０００ｍｍ２，框支转换墙厚６００ｍｍ。
的影响进行现场检测和理论分析，说明非线性分析较一般常用的线性分析方法更为接近结构的实际受力情况，以期对转换厚板的研究提供参考和指导。
结合武汉新世界中心住宅楼工程，本文运用大型有限元软件ANSYS中的SOLID65单元，对转换厚板进行了线性和非线性有限元分析。通过把两种分析的结果与现场检测结果进行比较，我们发现非线性的分析
（见图５）。此应力 集中部位的弯矩在 竖向荷载］：况下为 ４３０．０５ｋＮｍ／ｍ，在竖 向荷载＋Ｙ负向地震 作用Ｆ为最不利的 ５２０．６６ｋＮｍ／ｍ． 在 竖向荷载＋Ｙ正向地 震作用下虽减小为 ３１７．７５ｋＮｍ／ｍ，但 也比其他点大。
２．１、２．２方法 的最大弯矩均发生 在支座处，在前述
２．３方法给出的转换 板的同一部位，２．１ 方法的计算结果为
结果更符合实际受力情况，尤其是在应力大于混凝土平均强度的10﹪以后。
2.学位论文 黄彤斌 带厚板转换层多塔楼高层结构动力分析与试验研究 1996
该论文是针对带厚板转换层的大底盘多塔楼高层建筑结构展开的,结合对广州的一座正在建设中的超高层建筑-天秀大厦原结构方案的设计复核和天秀大厦整体结构有机玻璃模型的振动台试验工作,利用SAP84程序对带厚板转换层的大底盘多塔楼结构进行了整体有限元计算分析,并在此基础上作了天秀大厦有机玻璃模型的振动台试验研究,基本弄清了带厚板转 换层的多塔楼结构的总体动力特征,同时探讨了带厚板转换层的多塔楼结构的整体计算分析方法.最后根据SAP84和动力时程分析程序MTS对带厚板转换层的大底盘多塔楼结构进行的整体有限元计算分析结果,以及天秀大厦有机玻璃模型的振动台试验,提出了大底盘多塔楼结构的有关设计建议,可供今后结构设计参考.
２转换板分析方法介绍
转换板上部结构为十二层的剪力墒结构，刚度很大，与转换板形成一个刚度更大的整 体，转换板则是这个整体结构的底板。由此可初步判断转换板的弯矩不会很大。
本工程对转换板的分析按以下几种方法进行。 ２．１简化手算方法
假定上部结构荷载全部传至转换板，转换板按无梁楼盖计算。此方法不能考虑上部结 构与转换板的整体协同工作，与实际受力状况存在较大误差，计算结果弯矩值偏大，偏于 安全，常用于方案设计阶段的估算，也可用于对其他方法计算结果的定性校核。 ２．２厚板ＴＢＰＬＡＮ分析计算
得不清楚。因而受力也更加复杂，结构计算相对困难，采用有限元计算时，计算结构繁杂，这给配筋设计带来不便。而且从受力方面考虑，往往需要在柱与柱，柱与墙之间配筋加强，相当于设置暗梁，增加了配筋量。所以，对高层建筑转换层尤其是厚板转换层的研究也逐渐显示出了其必要性和迫切性。本文主要是针对混凝土材料的非线性对转换厚板力学性能
计算分为５种工况：竖向荷载，竖向荷载十ｘ正向地震作用，竖向荷载＋ｘ负向地震作 用，竖向荷载＋Ｙ正向地震作用，竖向荷载十Ｙ负向地震作用。
